5.2探究加速度与力和质量的关系 学案-2021-2022学年高一上学期物理鲁科版（2019）必修第一册

5.2 科学探究：加速度与力 质量的关系 【自主导学】 【知识预习】 1.加速度是表示物体运动状态________的物理量。根据事实经验，加速度与物体的________有关。物体________一定时，质量越小，加速度就越大。加速度还与物体_______的大小有关，物体________一定时，受力越大，其加速度越大。 2.探究加速度a与力F及质量m的关系，采用的基本方法是 ． (1)如图所示，保持小车的总质量不变，改变小桶内沙子的质量，从而改变细绳对小车的 ，测出小车的加速度，研究小车的加速度与拉力的关系． (2)保持小桶和沙子的总质量不变，即细绳对小车拉力F不变，在小车上增减砝码，改变小车的 ，测出小车对应的加速度，研究小车的加速度与其质量的关系． 3.实验步骤 （1）用天平分别测出小车的质量和小桶的质量，把数据记录下来． （2）按如图所示安装器材． （3）平衡摩擦力：在木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄垫块，反复移动薄垫块的位置，直至不挂重物的小车在斜面上运动时可保持 状态．这时小车拖着纸带运动受到的 恰好与小车所受的重力 平衡． （4）在小车上加放砝码，小桶里放入适量的沙子，把砝码和沙子的质量记录下来．把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，先 ，再 ，打点计时器在纸带上打下一系列的点，取下纸带，在纸上写上编号． （5）保持小车及车内砝码的 不变，改变沙子的 (要用天平称量)，按步骤4再做几次实验 （6）保持沙子和小桶的 不变，在小车上增减 ，重复上述步骤 4.数据处理 （1）．探究加速度与力的关系：以a为纵坐标、F为横坐标，根据表格1中的各组数据在坐标系中描点．如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成 ，如图所示． 2．探究加速度与质量的关系：“a与M成反比”实际上就是 ．以a为纵坐标， 为横坐标建立坐标系，根据表格2中的数据描点．根据 ，就能判断a是不是与质量M成反比，如图所示． 【思考交流】 1.要进行实验，需要测量的物理量有哪些？需要哪些仪器来进行测量？ 2. 仔细阅读实验步骤，思考为什么要平衡小车摩擦力？采用什么方法？ 3. 怎么验证摩擦力已经完全平衡？ 4. 完全平衡摩擦力之后，后续更改小车或者重物时质量时需要重新平衡摩擦力吗？ 5.平衡摩擦力后，实验中沙子和沙桶的重力就是小车所受的合外力吗？实验中为什么要求所挂重物质量远小于小车质量? 6.实验存在哪些类型的误差，你能否改进实验，克服本实验中存在的误差？ 例题1．如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律，小车上固定一个盒子，盒子内盛有砂子．砂桶的总质量(包括桶以及桶内砂子质量)记为m，小车的总质量(包括车、盒子及盒内砂子质量)记为M. (1)验证在质量不变的情况下，加速度与合力成正比．从盒子中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力mg，将该力视为合力F，对应的加速度a则从打下的纸带中计算得出．多次改变合力F的大小，每次都会得到一个相应的加速度．本次实验中，桶内的砂子取自小车中，故系统的总质量不变．以合力F为横轴，以加速度a为纵轴，画出a－F图象，图象是一条过原点的直线． ①a－F图象斜率的物理意义是____________． ②你认为把砂桶的总重力mg当做合力F是否合理？ 答：__________．(选填“合理”或“不合理”) ③本次实验中，是否应该满足M≫m这样的条件？ 答：__________(选填“是”或“否”)； 理由是_____________________________________________________． (2)验证在合力不变的情况下，加速度与质量成反比．保持桶内砂子质量m不变，在盒子内添加或去掉一些砂子，验证加速度与质量的关系．本次实验中，桶内的砂子总质量不变，故系统所受的合力不变．用图象法处理数据时，以加速度a为纵轴，应该以__________的倒数为横轴． 【课堂练习】 1．通过小车在拉力作用下的加速运动，来探究加速度、力和质量三者之间的关系．下列说法中符合实际的是(　　) A．通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F，能归纳出加速度、力和质量三者之间的关系 B．通过保持小车的质量不变，只改变小车受到的拉力，就可以归纳出加速度、力和质量三者之间的关系 C．通过保持小车受力不变，只改变小车的质量，就可以得出加速度、力和质量三者之间的关系 D．先不改变小车的质量，研究加速度与力的关系；再不改变小车受到的拉力，研究加速度与质量的关系；最后归纳出加速度、力和质量